EP1340195B1 - Procede de codage par ondelettes d'un maillage - Google Patents

Procede de codage par ondelettes d'un maillage Download PDF

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EP1340195B1
EP1340195B1 EP20010997782 EP01997782A EP1340195B1 EP 1340195 B1 EP1340195 B1 EP 1340195B1 EP 20010997782 EP20010997782 EP 20010997782 EP 01997782 A EP01997782 A EP 01997782A EP 1340195 B1 EP1340195 B1 EP 1340195B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mesh
dimensions
coding
scene
wavelet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP20010997782
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1340195A1 (fr
Inventor
Patrick Gioia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of EP1340195A1 publication Critical patent/EP1340195A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1340195B1 publication Critical patent/EP1340195B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation

Definitions

  • the field of the invention is that of coding of images or elements images. More specifically, the invention relates to representation and coding adaptives of scenes (or scene objects) in three dimensions (3D) represented by meshes.
  • the invention finds applications in all the fields where it is desirable to reduce the amount of information needed to represent efficiently a digital image, to store and / or transmit it.
  • the invention can be used for transmitting images via the network Internet.
  • it allows the animation of 3D scenes with a visualization in real time, although the flow is not constant or guaranteed.
  • the invention can, in this case, be a primitive of a language for transmitting data such as VRML (in English "Virtual Reality Modeling Language").
  • the invention proposes an improvement to the so-called “wavelet” methods, which allow to represent a mesh as a succession of details added to a basic mesh.
  • wavelet a technique that allows to represent a mesh as a succession of details added to a basic mesh.
  • the general theory of this technique is notably described in the article by M. Lounsbery, T. DeRose and J. Warren, "Multiresolution Analysis for Surfaces of Arbitrary Topological Type" (ACM Transaction on Graphics, Vol. 16, No. 1, pp. 34-73).
  • a mesh is therefore represented by a series of coefficients which correspond to the coordinates in a wavelet base of a parametrization of said mesh by a simple polyhedron.
  • the principles corresponding mathematics are recalled in appendix (this appendix is part of this description).
  • the basic mesh M 0 is represented in a tree-like form: each of its faces is the root of a tree whose wires of each node are the four faces obtained after canonical subdivision.
  • the wavelet coefficients are indexed by their barycentric coordinates on a face of M 0 .
  • This method is generally considered to be the method of reference in the field of visualization of surfaces represented by wavelets.
  • This technique consists in taking into account packets of coefficients wavelets and to refine the mesh regularly according to these coefficients.
  • Such a technique is therefore too heavy in terms of data to transmit to allow adaptive viewing of scenes or 3D objects, especially when objects are animated, that the power of the terminal display is weak and / or that the transmission rate is variable and / or limited.
  • the invention particularly aims to overcome these drawbacks of the art prior.
  • an objective of the invention is to implement a coding technique for meshes representative of 3D objects or scenes, allowing an adaptive reconstruction of a mesh within a terminal of viewing.
  • an objective of the invention is to provide such a method of coding allowing an adaptive visualization of a 3D object or scene in function of parameters, such as for example the point of view of an observer.
  • Another object of the invention is to provide such a coding method allowing a user to navigate within a refreshed 3D scene at a rate substantially constant, regardless of navigation settings or size of the associated mesh.
  • the invention also aims, of course, to provide a technique reconstruction and transmission through a communication network of a object coded according to this coding method.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach coding of "wavelet" meshes representative of 3D objects or scenes.
  • the invention is based in particular on the suppression of the coefficients wavelets associated with details of a scene or 3D object that are not essential to the visualization of such a scene or such an object by an observer.
  • Such a coding method makes it possible in particular to remove coefficients wavelets, as well as their influence on the representation of the 3D scene considered, in a time substantially equal to the time necessary to add them.
  • such a coding technique makes it possible at any time to add coefficients which have become essential and to remove coefficients whose the influence can be considered negligible, in a homogeneous way, i.e. without the refresh rate of a representation of the 3D scene depends on the navigation settings within this scene or the size of the reconstructed mesh.
  • a wavelet coefficient satisfies a non-essentiality criterion if it is associated with a facet of said simple mesh (M 0 ) not belonging to the visible part of said source mesh (M) .
  • the invention thus makes it possible to eliminate the wavelet coefficients which do not are not visually relevant for the representation of the scene or the 3D object considered.
  • a wavelet coefficient checks a non-essentiality criterion if the amplitude of said coefficient is less than a threshold, determined as a function of the distance of a observer at a peak indexing said coefficient.
  • the invention therefore also makes it possible to eliminate the effect of coefficients wavelets whose amplitude can be considered negligible, for the visualization of the scene or 3D object considered.
  • such a coding method comprises a calculation step said threshold, taking into account said distance and a capacity indicator of a terminal for viewing said object or said scene in three dimensions.
  • the invention therefore makes it possible to suppress the effect of certain coefficients of wavelets, adapted to the capacity of the terminal for viewing the scene or the 3D object considered.
  • the threshold is low, so as to preserve a greater number of wavelet coefficients during the coding of the mesh.
  • the step threshold calculation leads to a high result, so the effect of a larger number of wavelet coefficients is removed during the step of deletion.
  • said capacity indicator is a constant depending on the processing capacity of said terminal.
  • said capacity indicator varies during the visualization of said object or said scene in three dimensions, depending on the current processing capacity of said terminal.
  • Such a capacity indicator can thus be adapted according to the number of images per second that we want to be able to view on the terminal, and varies, for example, depending on the resources used by others applications processed by the terminal at a given time.
  • such a coding method comprises a step flattening of the mesh by adding to said parameterization function of the opposite of said wavelet coefficient (s) (d; d1, ..., dn) to be deleted.
  • said partial mesh (M ') corresponds to a set of trees, each of said trees representing a face of said simple mesh (M 0 ) and comprising a set of nodes each representing a face of a refined mesh (M j ) of the face considered of said simple mesh (M 0 ).
  • one such step is to add the opposite of the wavelet coefficient become useless, to take into account the geometric modifications induced on the mesh by such removal of the wavelet coefficient, and pruning the tree representing the mesh in hierarchical form.
  • such a coding method implements a set of pointers pointing respectively to all the vertices of said partial mesh, of so as to directly reach a vertex indexing a wavelet coefficient at remove.
  • said pointers are grouped in a table of integers (VPC).
  • VPC additional structure
  • said step of taking change account implements a recursive pruning algorithm.
  • the invention further relates to a signal structure defined in claim 12, and to devices defined in claims 13 and 14 appended hereto.
  • a wavelet coefficient checks a non-essentiality criterion if it is associated with a facet of said simple mesh (M 0 ) not belonging to the visible part of said source mesh. (M).
  • a wavelet coefficient checks a non-essentiality criterion if the amplitude of said coefficient is less than a threshold, determined as a function of the distance of an observer to a vertex indexing said coefficient.
  • such a coding device comprises means for calculation of said threshold, using the product of said distance by an indicator capacity of a terminal for viewing said object or said scene in three dimensions.
  • such a coding device cooperates with means of sorting of said wavelet coefficients as a function, on the one hand, of a facet of said simple mesh with which each wavelet coefficient is associated, and, on the other part, of the amplitude of said wavelet coefficients.
  • the coding device can access the result of an efficient sorting of wavelet coefficients, thanks to an organization of the data in ascending order identifying the facets of the source mesh, and, for each of these facets, by an amplitude sorting of the wavelet coefficients indexed by vertices of this facet.
  • sorting means can be internal or external to the device coding.
  • the coding device When the coding device has determined that one side of the source mesh belongs to the pyramid of view of an observer, it is enough for him to traverse the list of wavelet coefficients of the corresponding face, resulting from the sort described previously, and stop searching when the coefficient encountered in the list is of amplitude lower than a determined threshold.
  • such a device for coding cooperates with data transmission means to at least one remote terminal.
  • such a device of coding is integrated into a terminal allowing the visualization of said object or of said scene.
  • the invention also relates to a device for decoding a mesh.
  • source (M) representative of a three-dimensional object or scene comprising means for receiving a signal having a structure such as described above, and means for reconstructing a representation of said object or said scene from said received signal.
  • such a decoding device comprises means for transmission of at least one position information to a server and / or a remote coding device.
  • these parameters allow the coding device and / or a server to identify, within the mesh, the facets belonging to the pyramid of view of the observer, or to a larger pyramid, called anticipation, and therefore of determine visually relevant wavelet coefficients.
  • the invention also relates to a coding / decoding system of a mesh. representative of a three-dimensional object or scene, comprising at least a coding device and at least one decoding device as described previously.
  • Such a coding / decoding system can, for example, implement the broadcasting of 3D scenes by a server, through a network of communication, and allow progressive, interactive and adaptive navigation within the 3D scene by a user of a display terminal.
  • such a system of coding / decoding comprises first means of transmitting at least one information relating to wavelet coefficients stored in a memory cache from said decoding device to said coding device.
  • Such information coupled with the sorting of the wavelet coefficients, by increasing order of the facets of the mesh on the one hand, and by amplitude on the other hand, thus allows the coding device to know the wavelet coefficients present in the cache memory of the decoding device or the viewing. Only the wavelet coefficients necessary for the representation of the 3D scene and not stored in the cache memory are thus transmitted by the coding device, which avoids redundant information transmission.
  • such a system of coding / decoding comprises second means of transmission, towards said coding device, of at least one item of information relating to the capacity of processing of said decoding device, so as to determine an indicator of capacity of said decoding device.
  • the coding device can thus determine, depending on the capacity of the decoding device or display terminal, what are the coefficients wavelets to be deleted.
  • the general principle of the invention is based on the suppression of coefficients wavelets associated with parts of a scene or a 3D object not visually relevant, so as to allow an adaptive visualization of said object or of said scene.
  • the invention implements several structures of data and algorithms for removing wavelet coefficients not visually relevant, without the need to reconstruct the whole of the associated mesh.
  • M be a mesh to be transmitted in the form of wavelet coefficients to a display terminal.
  • E t a set E t of coefficients are transmitted.
  • temporary parametrization at time t the parametrization: and we will call temporary mesh at time t the mesh ⁇ ( M j ) according to the definition given by Certain et al. in "Interactive Multiresolution Surface Viewing", Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1996.
  • the term "updating of the coefficients" will designate the set of processes which make it possible to pass from a state E composed of a set E t , of a partition P t and I t , and d '' a corresponding temporary mesh, to a current state E c composed of a set E t0 , of a partition P t0 and I t0 , and of a corresponding temporary mesh,
  • the techniques of the prior art allow progressive visualization of the mesh M.
  • the invention allows, from the same data structures, an adaptive visualization of the same mesh M, by the use of algorithms of suppression of coefficients wavelets in a short time, roughly of the same order of magnitude as the time required to add a wavelet coefficient according to the techniques of the art prior.
  • adding a wavelet coefficient consists of subdividing the temporary mesh M t until the hat function corresponding to the added coefficient is refined on each face of the mesh M t , then placing the coefficient in the hGeom field of the vertex indexed by said coefficient. This process is iterated for each coefficient and, when these coefficients are taken into account, the hGeom elements of each vertex of the temporary mesh are added and added to the various contributions of the successive parents of these vertices, so as to obtain, in the field g of each vertex, the new position of said vertex.
  • the addition of the opposite of the wavelet coefficient is therefore done by introducing an additional structure VPC, illustrated in FIG. 3.
  • VPC illustrated in FIG. 3.
  • Such a structure is a table 31 of which the i th element 32 is the index of the vertex 33 indexed by the i th coefficient 32, if such a vertex 33 exists. Access to the hGeom field of this vertex 33 is therefore immediate.
  • the bold lines 22 represent the subdivisions of the mesh that have become unnecessary, and the dotted lines 23 represent the subdivisions that have become required. It therefore becomes useful to delete the vertex 24, and therefore the associated wavelet coefficient. Similarly, it is necessary to introduce the top 25 in the mesh, and therefore to add the wavelet coefficient associated with it.
  • FIG. 2c presents the new subdivision of the face 21 at time t + 1, after taking into account the geometric modifications induced by the deletion (respectively addition) of the wavelet coefficient associated with the vertex 24 (respectively 25).
  • Such a step 13 of pruning the tree is detailed in FIG. 5.
  • a face 51 of the mesh considered is associated with the hierarchical tree 52.
  • the vertex 53 represented in figure 5a indexes the wavelet coefficient that one wishes remove.
  • the level 521 of the tree 52 corresponds to the face referenced 51 of the mesh.
  • the four sons of node 521, located on level 522 of the hierarchical tree, correspond to facets 511, 512, 513 and 514 making up face 51.
  • Adaptive reconstruction of a scene or a 3D object based on wavelets finds in particular, but not exclusively, applications in the field of broadcasting of 3D scenes, by a server, through a network of telecommunication.
  • a telecommunications network can be a unsecured debit.
  • a client issues a request to destination of a server, via a telecommunications network, so that you can navigate progressively, interactively, and adaptively within of a scene or a 3D object.
  • the server processes the client's request 61, and transmits to it (62) in response the basic mesh associated with the scene or with the required 3D object.
  • a step 62 is generally very rapid since the basic mesh, or simple mesh M 0 comprises a reduced number of facets. Conventionally, the number of facets of the mesh M 0 is less than 1000.
  • the client can undertake, using a display terminal, navigation within the basic mesh M 0 increased by wavelet coefficients transmitted by the server.
  • navigation begins upon complete reception of the scale coefficients, and a temporary displayed model of the 3D scene is updated as the wavelet coefficients arrive.
  • the wavelet coefficients are stored in a cache memory from the client terminal, and regularly, the temporary mesh is updated in using the subset of stored wavelet coefficients, representing the visually relevant coefficients, which are identified from the parameters of navigation such as the observer's position and direction of view.
  • a new partition of the set wavelet coefficients present in the cache memory is performed. Of them lists are then drawn up: a list of coefficients to be added to the representation temporary, and a list of coefficients to delete from this representation.
  • the control is then returned to the client, who can view the associated mesh to the 3D scene, by moving the virtual observer and changing its direction and angle of view.
  • the process is repeated as soon as the distance traveled by the virtual observer is equal to delta.
  • the implementation of the step referenced 63 of FIG. 6 requires, on the side server, performing a number of tasks equal to the number of clients having issued a request 61, such tasks consisting in selecting, for each client having transmitted (65) its navigation parameters, the list of coefficients wavelets deemed visually relevant, and send them (66) through the network Communication.
  • the visual relevance of a wavelet coefficient is determined by the server according to the process illustrated in figure 7.
  • the server identifies the intersection between the observer's view pyramid (or a larger pyramid, called anticipation) and the 3D scene that was the subject of request 61.
  • the server selects (72) the wavelet coefficients indexed by vertices in the identified intersection.
  • the server evaluates, for each selected wavelet coefficient, the product of a capacity indicator of the terminal by the distance from the observer to the vertex indexing the coefficient. This product constitutes a threshold, to which the server compares the amplitude of the coefficient wavelet.
  • Such an indicator can be a constant, fixed a priori, depending on the processing capacity of the observer's display terminal. For example, such a constant is determined, prior to the start of navigation, by depending on the type of processor the display terminal has the observer.
  • Such an indicator can still vary during navigation, depending on the current processing capacity of the display terminal.
  • We can thus consider implementing, at the start of navigation, a step of adapting the value of the indicator according to the number of frames per second that we wish to be able to view on the terminal.
  • the value of the indicator can then be updated, during navigation, according to the resources of the terminal consumed by other applications or other processes it processes simultaneously, so as to maintain the setpoint relating to the number of images displayed per second (in English "frame rate”) initially set.
  • Information relating to the processing capacity of the terminal display are sent to the server by the display terminal.
  • the server retains (74) only the wavelet coefficients whose amplitude is greater than the calculated threshold, then the transmits (75) to the client, via the communication network.
  • the server transmits, prior to the step transmission 75, a request intended for the cache memory of the client terminal, so as to know the wavelet coefficients which are already there, so as to avoid unnecessary transfer of coefficients.
  • the client terminal then returns to server an array of integers in a column, specifying, for each of the faces of the mesh, the number of wavelet coefficients associated with this face, present in the terminal cache.
  • the wavelet coefficients can be sorted efficiently by the server or by external sorting means implemented by another terminal with which the server cooperates, thanks to a rational organization of a database gathering all the wavelet coefficients.
  • the sorting means are based on an organization in ascending order of identification of the facets of the basic mesh M 0 , and, for each of these facets, by an amplitude sorting of the coefficients wavelets indexed by vertices of the facet considered.
  • a surface S in space can be represented as the image of an injective continuous function defined on a polyhedron M o of the same topological type and with values in R 3 .
  • the surface is parametrized by the polyhedron, and we call parametrization the said function.
  • This function is a triplet of functions with values in R , which can each be developed in a base of the space C o ( M o ) of continuous functions on the polyhedron with values in R.
  • the wavelets are chosen so that their carrier allows a determination of the wavelet coefficients in O (n), where n is the number of vertices of the mesh M: for k fixed integer, if we denote by D k, i the set of indices of the vertices of a mesh M j which are less than k edges away from the vertex i , the wavelet ⁇ j / i is given by so that ⁇ j / i is supported in D k +1, i .

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Description

Le domaine de l'invention est celui du codage d'images ou d'éléments d'images. Plus précisément, l'invention concerne la représentation et le codage adaptatifs de scènes (ou d'objets de scène) en trois dimensions (3D) représentées par des maillages.
L'invention trouve des applications dans tous les domaines où il est souhaitable de réduire le nombre d'informations nécessaires pour représenter efficacement une image numérique, pour la stocker et/ou la transmettre. Par exemple, l'invention peut être utilisée pour la transmission d'images via le réseau Internet. Dans ce cadre, elle permet l'animation de scènes 3D avec une visualisation en temps réel, bien que le débit ne soit pas constant ni garanti. L'invention peut, dans ce cas, être une primitive d'un langage de transmission de données tel que VRML (en anglais "Virtual Reality Modeling Language").
Parmi les autres applications envisageables, on peut citer le stockage de données animées sur CD-ROM (ou support de données équivalent), les applications multi-utilisateurs, la télévision numérique, ...
L'invention propose une amélioration aux méthodes dites « à ondelettes », qui permettent de représenter un maillage comme une succession de détails ajoutés à un maillage de base. La théorie générale de cette technique est notamment décrite dans l'article de M. Lounsbery, T. DeRose et J. Warren, « Multiresolution Analysis for Surfaces of Arbitrary Topological Type » (ACM Transaction on Graphics, Vol. 16, No. 1, pp. 34-73).
Selon cette technique, un maillage est donc représenté par une suite de coefficients qui correspondent aux coordonnées dans une base d'ondelettes d'une paramétrisation dudit maillage par un polyèdre simple. Les principes mathématiques correspondants sont rappelés en annexe (cette annexe fait partie de la présente description).
En pratique, lors de la reconstruction, le maillage de base M0 est représenté sous une forme arborescente : chacune de ses faces est la racine d'un arbre dont les fils de chaque noeud sont les quatre faces obtenues après subdivision canonique. Les coefficients d'ondelettes sont indexés par leurs coordonnées barycentriques sur une face de M0.
Une méthode de visualisation comprenant des structures de données et des algorithmes permettant la reconstruction progressive de maillages représentés par des ondelettes a été proposée par A. Certain, J. Popovic, T. DeRose, D. Salesin et W. Stuetzle dans l'article «Interactive Multiresolution Surface Viewing » (Computer Graphics Proceedings 1996).
Cette méthode est généralement considérée comme la méthode de référence dans le domaine de la visualisation de surfaces représentées par ondelettes.
Cette technique consiste à prendre en compte des paquets de coefficients d'ondelettes et à raffiner le maillage régulièrement en fonction de ces coefficients.
Bien qu'efficace pour la reconstruction progressive de maillages, cette méthode a pour inconvénient de ne pas permettre une visualisation adaptative de scènes ou d'objets tridimensionnels.
En effet, un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'elle induit, par subdivision, la création de facettes inutiles, ce qui entraíne une augmentation inutile du nombre de données nécessaires à la description du maillage.
Une telle technique est donc trop lourde en termes de données à transmettre pour permettre une visualisation adaptative de scènes ou d'objets 3D, notamment lorsque les objets sont animés, que la puissance du terminal de visualisation est faible et/ou que le débit de transmission est variable et/ou limité.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de mettre en oeuvre une technique de codage de maillages représentatifs d'objets ou de scènes 3D, permettant une reconstruction adaptative d'un maillage au sein d'un terminal de visualisation.
Notamment, un objectif de l'invention est de fournir un tel procédé de codage permettant une visualisation adaptative d'un objet ou d'une scène 3D en fonction de paramètres, tels que par exemple le point de vue d'un observateur.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel procédé de codage permettant à un utilisateur de naviguer au sein d'une scène 3D rafraíchie à un taux sensiblement constant, indépendamment des paramètres de la navigation ou de la taille du maillage associé.
L'invention a également pour objectif, bien sûr, de fournir une technique de reconstruction et de transmission à travers un réseau de communication d'un objet codé selon ce procédé de codage.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaítront par la suite, sont atteints à l'aide des procédés définis dans les revendications 1 et 2 ci-jointes.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive du codage de maillages "à ondelettes" représentatifs d'objets ou de scènes 3D. En effet, l'invention repose notamment sur la suppression des coefficients d'ondelettes associés à des détails d'une scène ou d'un objet 3D qui ne sont pas essentiels à la visualisation d'une telle scène ou d'un tel objet par un observateur.
Un tel procédé de codage permet notamment de supprimer des coefficients d'ondelettes, ainsi que leur influence sur la représentation de la scène 3D considérée, en un temps sensiblement égal au temps nécessaire pour les ajouter. De cette façon, une telle technique de codage permet à tout moment d'ajouter des coefficients qui sont devenus essentiels et de supprimer des coefficients dont l'influence peut être considérée comme négligeable, de façon homogène, c'est-à-dire sans que le taux de rafraíchissement d'une représentation de la scène 3D dépende des paramètres de la navigation au sein de cette scène ou de la taille du maillage reconstruit.
Selon une première variante de l'invention, un coefficient d'ondelette vérifie un critère de non-essentialité s'il est associé à une facette dudit maillage simple (M0) n'appartenant pas à la partie visible dudit maillage source (M).
L'invention permet ainsi de supprimer les coefficients d'ondelettes qui ne sont pas visuellement pertinents pour la représentation de la scène ou de l'objet 3D considéré.
Selon une deuxième variante de l'invention, un coefficient d'ondelette vérifie un critère de non-essentialité si l'amplitude dudit coefficient est inférieure à un seuil, déterminé en fonction de la distance d'un observateur à un sommet indexant ledit coefficient.
L'invention permet donc également de supprimer l'effet de coefficients d'ondelettes dont l'amplitude peut être considérée comme négligeable, pour la visualisation de la scène ou de l'objet 3D considéré.
Préférentiellement, un tel procédé de codage comprend une étape de calcul dudit seuil, tenant compte de ladite distance et d'un indicateur de capacité d'un terminal de visualisation dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions.
L'invention permet donc une suppression de l'effet de certains coefficients d'ondelettes, adaptée à la capacité du terminal de visualisation de la scène ou de l'objet 3D considéré. Ainsi, lorsque le terminal de visualisation présente une capacité de traitement importante, le seuil est peu élevé, de manière à conserver un plus grand nombre de coefficients d'ondelettes au cours du codage du maillage. Inversement, en présence d'un terminal de visualisation de capacité faible, l'étape de calcul du seuil conduit à un résultat élevé, de sorte que l'effet d'un plus grand nombre de coefficients d'ondelettes est supprimé au cours de l'étape de suppression.
Selon une première variante de réalisation, ledit indicateur de capacité est une constante dépendant de la capacité de traitement dudit terminal.
La valeur d'une telle constante est par exemple fixée en fonction du type de processeur dont est équipé le terminal de visualisation.
Selon une deuxième variante de réalisation, ledit indicateur de capacité varie en cours de visualisation dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions, en fonction de la capacité de traitement courànte dudit terminal.
La valeur d'un tel indicateur de capacité peut ainsi être adaptée en fonction du nombre d'images par seconde que l'on souhaite pouvoir visualiser sur le terminal, et varie, par exemple, en fonction des ressources utilisées par d'autres applications traitées par le terminal à un instant donné.
Avantageusement, un tel procédé de codage comprend une étape d'aplatissement du maillage par ajout à ladite fonction de paramétrisation de l'opposé dudit ou desdits coefficients d'ondelette (d ; d1, ..., dn) à supprimer.
Ainsi, l'influence d'un coefficient non essentiel est annulée par l'ajout de l'opposé de ce coefficient.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit maillage partiel (M') correspond à un ensemble d'arbres, chacun desdits arbres représentant une face dudit maillage simple (M0) et comprenant un ensemble de noeuds représentant chacun une face d'un maillage affiné (Mj) de la face considérée dudit maillage simple (M0).
Préférentiellement, un tel procédé de codage comprend une étape de retrait d'au moins un coefficient d'ondelette (d ; d1, ..., dn) à supprimer, comprenant les étapes suivantes :
  • prise en compte de l'opposé dudit ou desdits coefficients d'ondelette (d ; d1, ..., dn) ;
  • prise en compte des modifications induites par l'étape précédente ;
  • suppression des parties des arbres définissant (M') et influencées uniquement par ledit ou lesdits coefficients d'ondelette (d ; d1, ..., dn).
Ainsi, une telle étape consiste à ajouter l'opposé du coefficient d'ondelette devenu inutile, à prendre en compte les modifications géométriques induites sur le maillage par une telle suppression du coefficient d'ondelette, et à élaguer l'arbre représentant le maillage sous forme hiérarchique.
De façon avantageuse, un tel procédé de codage met en oeuvre un jeu de pointeurs pointant respectivement sur tous les sommets dudit maillage partiel, de façon à atteindre directement un sommet indexant un coefficient d'ondelette à supprimer.
De manière préférentielle, lesdits pointeurs sont regroupés dans un tableau d'entiers (VPC).
Ainsi, l'ajout de l'opposé d'un coefficient d'ondelette à supprimer ne se fait pas comme l'ajout d'un coefficient d'ondelette régulier, mais en introduisant une structure supplémentaire (VPC), qui est un tableau dont le ième élément est l'indice du sommet indexé par le ième coefficient, si un tel sommet existe.
Selon une technique avantageuse de l'invention, ladite étape de prise en compte des modifications met en oeuvre un algorithme récursif d'élagage.
L'invention concerne encore une structure de signal définie dans la revendication 12, et des dispositifs définis dans les revendications 13 et 14 ci-jointes.
Selon une première variante d'un tel dispositif de codage, un coefficient d'ondelette vérifie un critère de non-essentialité s'il est associé à une facette dudit maillage simple (M0) n'appartenant pas à la partie visible dudit maillage source (M).
Selon une deuxième variante d'un tel dispositif de codage, un coefficient d'ondelette vérifie un critère de non-essentialité si l'amplitude dudit coefficient est inférieure à un seuil, déterminé en fonction de la distance d'un observateur à un sommet indexant ledit coefficient.
Préférentiellement, un tel dispositif de codage comprend des moyens de calcul dudit seuil, mettant en oeuvre le produit de ladite distance par un indicateur de capacité d'un terminal de visualisation dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions.
Avantageusement, un tel dispositif de codage coopère avec des moyens de tri desdits coefficients d'ondelettes en fonction, d'une part, d'une facette dudit maillage simple à laquelle est associé chaque coefficient d'ondelette, et, d'autre part, de l'amplitude desdits coefficients d'ondelettes.
Ainsi, le dispositif de codage peut accéder au résultat d'un tri efficace des coefficients d'ondelettes, grâce à une organisation des données par ordre croissant d'identification des facettes du maillage source, et, pour chacune de ces facettes, par un tri en amplitude des coefficients d'ondelettes indexés par des sommets de cette facette. De tels moyens de tri peuvent être internes ou externes au dispositif de codage.
Lorsque le dispositif de codage a déterminé qu'une face du maillage source appartient à la pyramide de vue d'un observateur, il lui suffit donc de parcourir la liste des coefficients d'ondelettes de la face correspondante, résultant du tri décrit précédemment, et d'arrêter sa recherche lorsque le coefficient rencontré dans la liste est d'amplitude inférieure à un seuil déterminé.
Selon une première variante avantageuse de l'invention, un tel dispositif de codage coopère avec des moyens de transmission de données vers au moins un terminal distant.
Selon une deuxième variante avantageuse de l'invention, un tel dispositif de codage est intégré à un terminal permettant la visualisation dudit objet ou de ladite scène.
L'invention concerne également un dispositif de décodage d'un maillage source (M) représentatif d'un objet ou d'une scène en trois dimensions, comprenant des moyens de réception d'un signal ayant une structure telle que décrite précédemment, et des moyens de reconstruction d'une représentation dudit objet ou de ladite scène à partir dudit signal reçu.
Avantageusement, un tel dispositif de décodage comprend des moyens de transmission d'au moins une information de position vers un serveur et/ou un dispositif de codage distant.
Préférentiellement, ladite ou lesdites informations de position appartiennent au groupe comprenant :
  • une position d'un observateur dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions ;
  • une direction de vue d'un observateur dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions.
En effet, ces paramètres permettent au dispositif de codage et/ou à un serveur d'identifier, au sein du maillage, les facettes appartenant à la pyramide de vue de l'observateur, ou à une pyramide plus large, dite d'anticipation, et donc de déterminer les coefficients d'ondelettes visuellement pertinents.
L'invention concerne encore un système de codage/décodage d'un maillage représentatif d'un objet ou d'une scène en trois dimensions, comprenant au moins un dispositif de codage et au moins un dispositif de décodage tels que décrits précédemment.
Un tel système de codage/décodage peut, par exemple, mettre en oeuvre la télédiffusion de scènes 3D par un serveur, au travers d'un réseau de communication, et permettre une navigation progressive, interactive et adaptative au sein de la scène 3D par un utilisateur d'un terminal de visualisation.
Selon une première technique avantageuse, un tel système de codage/décodage comprend des premiers moyens de transmission d'au moins une information relative à des coefficients d'ondelettes stockés dans une mémoire cache dudit dispositif de décodage, vers ledit dispositif de codage.
Une telle information, couplée au tri des coefficients d'ondelettes, par ordre croissant des facettes du maillage d'une part, et par amplitude d'autre part, permet ainsi au dispositif de codage de connaítre les coefficients d'ondelettes présents dans la mémoire cache du dispositif de décodage ou du terminal de visualisation. Seuls les coefficients d'ondelettes nécessaires à la représentation de la scène 3D et non stockés dans la mémoire cache sont ainsi transmis par le dispositif de codage, ce qui évite une transmission d'informations redondante.
Selon une deuxième technique avantageuse, un tel système de codage/décodage comprend des seconds moyens de transmission, vers ledit dispositif de codage, d'au moins une information relative à la capacité de traitement dudit dispositif de décodage, de manière à déterminer un indicateur de capacité dudit dispositif de décodage.
Le dispositif de codage peut ainsi déterminer, en fonction de la capacité du dispositif de décodage ou du terminal de visualisation, quels sont les coefficients d'ondelettes à supprimer.
L'invention concerne aussi l'application du procédé de codage décrit ci-dessus à l'un au moins des domaines appartenant au groupe comprenant :
  • affichage d'objets maillés en trois dimensions sur un écran ;
  • affichage progressif d'objets maillés en trois dimensions sur un écran, lesdits coefficients d'ondelette étant pris en compte au fur et à mesure de leur arrivée ;
  • affichage d'objets maillés en trois dimensions sur un écran à au moins deux niveaux de détail correspondant à un des maillages successifs (Mj) ;
  • affichage d'objets maillés en trois dimensions sur un écran à au moins deux niveaux de détail correspondant à une reconstruction partielle dudit maillage source (M) avec un nombre restreint de coefficient d'ondelette ;
  • transmission progressive par un réseau de communication d'objets maillés en trois dimensions ;
  • transmission adaptative par un réseau de communication d'objets maillés en trois dimensions ;
  • mise à jour adaptative d'objets maillés en trois dimensions à travers un réseau de communication depuis un serveur distant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
  • la figure 1 présente un synoptique des différentes étapes mises en oeuvre selon l'invention lors de la suppression d'un coefficient d'ondelette non essentiel ;
  • la figure 2 illustre l'évolution des subdivisions du maillage nécessaires à la représentation d'une scène 3D, et la nécessité qui en résulte de supprimer certains coefficients d'ondelettes, ainsi qu'illustré en figure 1 ;
  • la figure 3 présente le tableau d'entiers VPC répertoriant les sommets indexant les coefficients d'ondelettes ;
  • la figure 4 illustre l'étape d'aplatissement du maillage résultant de la suppression d'un coefficient d'ondelette présentée en figure 1 ;
  • la figure 5 décrit l'étape d'élagage de l'arbre représentant le maillage hiérarchique, présentée en figure 1 ;
  • la figure 6 illustre les étapes mises en oeuvre lors d'un exemple d'application de l'invention à la télédiffusion de scènes ou d'objets 3D à travers un réseau de télécommunication ;
  • la figure 7 présente les différentes opérations effectuées par un serveur du réseau de télécommunication dans l'exemple de réalisation particulier de la figure 6.
Le principe général de l'invention repose sur la suppression de coefficients d'ondelettes associés à des parties d'une scène ou d'un objet 3D non visuellement pertinentes, de manière à permettre une visualisation adaptative dudit objet ou de ladite scène.
On présente, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation d'une telle suppression d'un coefficient d'ondelette associé à une partie non visible du maillage représentatif d'un objet ou d'une scène en 3D.
On rappelle tout d'abord que l'invention met en oeuvre plusieurs structures de données et algorithmes permettant de supprimer des coefficients d'ondelettes non visuellement pertinents, sans qu'il soit nécessaire de reconstruire l'ensemble du maillage associé.
Ces structures de données, intervenant dans la représentation progressive du maillage à visualiser, sont les suivantes :
  • une première structure de données associée à une face du maillage ;
  • une deuxième structure de données associée à un sommet du maillage ;
  • une troisième structure de données associée au maillage lui-même. Une face du maillage est caractérisée par quatre champs :
  • un niveau, qui est un entier correspondant au niveau de subdivision de la face ;
  • un tableau fils à quatre éléments, dont chaque élément est un pointeur sur une face ;
  • un tableau sommetCoin à trois éléments, dont les éléments sont des pointeurs sur les sommets de la face ;
  • un tableau sommetArete à trois éléments, dont les éléments sont des pointeurs sur les sommets milieux des arêtes de la face, si ceux-ci existent.
Un sommet est caractérisé par cinq champs :
  • un tableau parentV à deux éléments, dont chaque élément est un pointeur sur un sommet, de telle sorte que le sommet soit situé géométriquement entre ces deux éléments ;
  • un tableau parentF à deux éléments, dont chaque élément est un pointeur sur une face, de telle sorte que le sommet soit situé sur le milieu d'une arête partagée par ces deux éléments ;
  • un triplet de réels flottants fGeom ;
  • un triplet de réels g ;
  • un tableau hGeom comportant autant d'éléments que de niveaux de subdivision, chaque élément étant un coefficient de fonction chapeau (On rappelle qu'une fonction chapeau est une fonction d'échelle, affine par morceaux, valant 1 pour un sommet d'un maillage Mj et valant 0 pour tous les autres sommets de ce maillage. Pour plus d'informations sur les fonctions chapeaux, on pourra notamment se référer à l'article «Interactive Multiresolution Surface Viewing » (Computer Graphics Proceedings 1996) de A. Certain, J. Popovic, T. DeRose, D. Salesin et W. Stuetzle).
Un maillage est décrit de deux façons au niveau d'un terminal de visualisation ou d'un dispositif de décodage :
  • sous une forme séquentielle, comme une liste de facettes. Cette liste sera désignée dans la suite de ce document par le terme "liste d'affichage" ;
  • sous une forme hiérarchique, comme une forêt de 4-arbres, chacune des racines étant en correspondance biunivoque avec une face du maillage source M0, et le fils de chaque noeud correspondant à un degré de subdivision du maillage source. Cette forêt sera notée dans la suite Q. Cette forêt comporte un champ vertexTable qui est un tableau de sommets.
On rappelle désormais le principe de la visualisation progressive d'une représentation d'un objet ou d'une scène tridimensionnels. Soit M un maillage à transmettre sous forme de coefficients d'ondelettes à un terminal de visualisation. Supposons qu'à un instant t un ensemble Et de coefficients soient transmis. On appellera paramétrisation temporaire à l'instant t la paramétrisation :
Figure 00130001
et on appellera maillage temporaire à l'instant t le maillage (Mj ), selon la définition donnée par Certain et al. dans "Interactive Multiresolution Surface Viewing", Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1996.
Selon l'invention, la visualisation adaptative d'un objet ou d'une scène 3D consiste à réaliser une partition de l'ensemble Et à un instant t en deux sous-ensembles Pt et It , Pt représentant l'ensemble des coefficients d'ondelettes pertinents et It l'ensemble des coefficients d'ondelettes utiles, avec Pt ∩ It =⊘ et Pt ∪It =Et .
Cette partition dépend des paramètres de vue, c'est-à-dire de la position d'un observateur et de sa direction de vue : à deux instants t0 et t1, on peut avoir Et0=Et1 mais Pt0 différent de Pt1.
Dans la suite du document, le terme "mise à jour des coefficients" désignera l'ensemble des processus qui permettent de passer d'un état E composé d'un ensemble Et , d'une partition Pt et It , et d'un maillage temporaire correspondant,
Figure 00140001
à un état courant Ec composé d'un ensemble Et0 , d'une partition Pt0 et It0 , et d'un maillage temporaire correspondant,
Figure 00140002
Le terme "prise en compte de coefficients" ou "ajout de coefficients" désignera, dans la suite du document, l'ensemble des processus permettant de passer d'un maillage temporaire défini par E à un autre maillage temporaire défini par Et , tels que Pt et Pt0 ne diffèrent que d'un coefficient, appelé "coefficient ajouté". Le terme "suppression de coefficients" désignera l'ensemble des processus permettant de passer d'un premier maillage temporaire à un second maillage temporaire, tels que Pt et Pt0 ne diffèrent que d'un coefficient, appelé "coefficient supprimé".
Les techniques de l'art antérieur permettent une visualisation progressive du maillage M. Selon une approche nouvelle et inventive, l'invention permet, à partir des mêmes structures de données, une visualisation adaptative du même maillage M, par l'utilisation d'algorithmes de suppression de coefficients d'ondelettes en un temps court, sensiblement du même ordre de grandeur que le temps nécessaire à l'ajout d'un coefficient d'ondelette selon les techniques de l'art antérieur.
Selon une technique classique, l'ajout d'un coefficient d'ondelette consiste à subdiviser le maillage temporaire Mt jusqu'à ce que la fonction chapeau correspondant au coefficient ajouté soit affine sur chaque face du maillage Mt, puis à placer le coefficient dans le champ hGeom du sommet indexé par ledit coefficient. Ce processus est itéré pour chaque coefficient et, lors de la prise en compte visuelle de ces coefficients, les éléments de hGeom de chaque sommet du maillage temporaire sont additionnés et ajoutés aux diverses contributions des parents successifs de ces sommets, de façon à obtenir, dans le champ g de chaque sommet, la nouvelle position dudit sommet.
L'invention permet le retrait de coefficients d'ondelettes en s'appuyant sur les structures de données décrites ci-dessus, selon les étapes illustrées en figure 1 :
  • au cours d'une étape référencée 11, on ajoute l'opposé du coefficient d'ondelette à supprimer à la fonction de paramétrisation du maillage. Une telle étape peut être mise en oeuvre selon l'algorithme suivant :
    Figure 00150001
  • au cours d'une étape référencée 12, on prend en compte en cascade les modifications géométriques résultant de l'étape référencée 11. À l'issue de cette étape, chaque sommet du maillage temporaire comporte dans son champ fGeom la valeur de :
    Figure 00150002
  • au cours d'une étape référencée 13, on met en oeuvre les deux algorithmes ci-dessous, de manière à réaliser l'élagage de l'arbre représentant le maillage sous forme hiérarchique :
    Figure 00160001
    et
    Figure 00160002
Au cours de l'étape référencée 11, l'ajout de l'opposé du coefficient d'ondelette se fait donc en introduisant une structure supplémentaire VPC, illustrée en figure 3. Une telle structure est un tableau 31 dont le ième élément 32 est l'indice du sommet 33 indexé par le ième coefficient 32, si un tel sommet 33 existe. L'accès au champ hGeom de ce sommet 33 est donc immédiat.
La suppression d'un ou plusieurs coefficients d'ondelettes au cours de l'étape référencée 11 est rendue nécessaire par l'évolution des subdivisions du maillage, comme illustré en figure 2.
En effet, à un instant t donné, une face 21 du maillage de base présente les subdivisions de la figure 2a. L'évolution temporelle de la scène 3D à laquelle est associée le maillage considéré entraíne l'évolution du maillage, ainsi qu'illustré en figure 2b.
Les traits gras 22 représentent les subdivisions du maillage devenues inutiles, et les traits pointillés 23 représentent les subdivisions devenues nécessaires. Il devient donc utile de supprimer le sommet 24, et donc le coefficient d'ondelette associé. De même, il est nécessaire d'introduire le sommet 25 dans le maillage, et donc d'ajouter le coefficient d'ondelette qui lui est associé.
La figure 2c présente la nouvelle subdivision de la face 21 à l'instant t+1, après qu'aient été prises en compte les modifications géométriques induites par la suppression (respectivement l'ajout) du coefficient d'ondelette associé au sommet 24 (respectivement 25).
Une fois prises en compte toutes les suppressions de coefficients chapeaux au cours de l'étape référencée 11, la prise en compte des modifications géométriques, qui conduit à modifier le champ g des sommets du maillage, est effectuée, au cours de l'étape référencée 12, selon l'algorithme suivant :
Figure 00170001
Figure 00180001
Une telle prise en compte des modifications géométriques induites sur le maillage est illustrée en figure 4. On considère le maillage 40. Au cours de l'étape référencée 11, on a supprimé le coefficient d'ondelette indexé par le sommet 41. La prise en compte de cette suppression se traduit par un aplatissement 42 du maillage 40.
Au cours de l'étape référencée 13 de la figure 1, on procède à l'élagage de l'arbre représentant de façon hiérarchique le maillage temporaire reconstruit. L'efficacité des algorithmes décrits ci-dessus, mis en oeuvre au cours de cette étape 13 d'élagage, réside dans l'introduction des structures de données suivantes :
  • le tableau 31 d'entiers VPC, illustré en figure 3, tel que si i est l'indice d'un coefficient d'ondelette, VPC[i] est le sommet indexant ce coefficient ;
  • une pile d'entiers Gap telle que si un entier i est dans la pile Gap, la liste d'affichage contient en position i une facette non-affichée.
Une telle étape 13 d'élagage de l'arbre est détaillée en figure 5. Une face 51 du maillage considéré est associée à l'arbre hiérarchique 52. Le sommet 53 représenté en figure 5a indexe le coefficient d'ondelette que l'on souhaite supprimer.
On passe de la figure 5a à la figure 5b en supprimant le coefficient d'ondelette associé au sommet 53, et donc les subdivisions correspondantes des facettes 54 et 55. De telles facettes 54 et 55 sont contiguës, et le sommet 53 constitue le milieu de leur arête commune. Le passage de la figure 5a à la figure 5b correspond à la suppression du niveau 524 de l'arbre hiérarchique 52.
On passe ensuite de la figure 5b à la figure 5c en supprimant les subdivisions des facettes contiguës 56 et 57 de la face 51, c'est-à-dire en supprimant les noeuds correspondant du niveau 523 de l'arbre hiérarchique 52.
Le niveau 521 de l'arbre 52 correspond à la face référencée 51 du maillage. Les quatre fils du noeud 521, situés sur le niveau 522 de l'arbre hiérarchique, correspondent aux facettes 511, 512, 513 et 514 composant la face 51.
La reconstruction adaptative d'une scène ou d'un objet 3D basée sur des ondelettes, à partir des méthodes et des algorithmes décrits ci-dessus, trouve notamment, mais non exclusivement, des applications dans le domaine de la télédiffusion de scènes 3D, par un serveur, au travers d'un réseau de télécommunication. Un tel réseau de télécommunication peut être un réseau à débit non-garanti. On décrit dans la suite, en relation avec les figures 6 et 7, un exemple de réalisation particulier d'une télédiffusion de scènes 3D à travers un réseau de télécommunication.
Au cours d'une étape référencée 61, un client émet une requête à destination d'un serveur, par l'intermédiaire d'un réseau de télécommunication, de façon à pouvoir naviguer de manière progressive, interactive, et adaptative au sein d'une scène ou d'un objet 3D.
Le serveur traite la requête 61 du client, et lui transmet (62) en réponse le maillage de base associé à la scène ou à l'objet 3D requis. Une telle étape 62 est généralement très rapide puisque le maillage de base, ou maillage simple M0 comporte un nombre réduit de facettes. Classiquement, le nombre de facettes du maillage M0 est inférieur à 1000.
Au cours d'une étape référencée 63, le client peut entreprendre, à l'aide d'un terminal de visualisation, une navigation au sein du maillage de base M0 augmenté de coefficients d'ondelettes transmis par le serveur. Ainsi, la navigation commence dès réception complète des coefficients d'échelle, et un modèle temporaire affiché de la scène 3D est mis à jour au fur et à mesure de l'arrivée des coefficients d'ondelettes.
Au cours d'une telle étape 63, trois processus indépendants peuvent être mis en oeuvre en parallèle sur le terminal de visualisation :
  • la reconstruction adaptative 64, en fonction des coefficients d'ondelettes présents dans une mémoire cache du terminal de visualisation, de la position de l'observateur et de ses paramètres de vue, à savoir sa direction et son angle de vue ;
  • la transmission régulière 65 au serveur de la position de l'observateur et de ses paramètres de vue ;
  • la réception des coefficients d'ondelettes nécessaires à la visualisation adaptative de la scène 3D, en provenance du serveur, et la réorganisation conséquente de la mémoire cache du terminal de visualisation.
En effet, les coefficients d'ondelettes sont stockés dans une mémoire cache du terminal du client, et régulièrement, le maillage temporaire est mis à jour en utilisant le sous-ensemble des coefficients d'ondelettes stockés, représentant les coefficients visuellement pertinents, qui sont identifiés d'après les paramètres de navigation tels que la position de l'observateur et sa direction de vue.
À chaque fois que l'observateur virtuel de l'objet ou de la scène 3D parcourt une distance delta prédéterminée, une nouvelle partition de l'ensemble des coefficients d'ondelettes présents dans la mémoire cache est effectuée. Deux listes sont alors dressées : une liste de coefficients à ajouter à la représentation temporaire, et une liste de coefficients à supprimer de cette représentation.
Les coefficients d'ondelettes à supprimer sont traités un par un selon le processus décrit précédemment et illustré en figure 1 :
  • on ajoute l'opposé de chacun des coefficients d'ondelettes à supprimer au cours d'une étape référencée 11 ;
  • on procède à la prise en compte géométrique en cascade des suppressions de coefficients d'ondelettes au cours d'une étape référencée 12 selon un algorithme adapté présenté ci-dessus ;
  • on élague l'arbre de la représentation du maillage, au cours d'une étape référencée 13, selon un algorithme adapté présenté précédemment dans le document.
Le contrôle est alors rendu au client, qui peut visualiser le maillage associé à la scène 3D, en déplaçant l'observateur virtuel et en modifiant sa direction et son angle de vue. Le processus est réitéré dès que la distance parcourue par l'observateur virtuel est égale à delta.
La mise en oeuvre de l'étape référencée 63 de la figure 6 nécessite, du côté du serveur, la réalisation d'un nombre de tâches égales au nombre de clients ayant émis une requête 61, de telles tâches consistant à sélectionner, pour chaque client ayant transmis (65) ses paramètres de navigation, la liste des coefficients d'ondelettes jugés visuellement pertinents, et à les envoyer (66) à travers le réseau de communication.
La pertinence visuelle d'un coefficient d'ondelette est déterminée par le serveur selon le procédé illustré en figure 7.
Au cours d'une étape référencée 71, le serveur identifie l'intersection entre la pyramide de vue de l'observateur (ou une pyramide plus large, dite d'anticipation) et la scène 3D ayant fait l'objet de la requête 61.
Le serveur sélectionne ensuite (72) les coefficients d'ondelettes indexés par des sommets dans l'intersection identifiée.
Au cours d'une étape référencée 73, le serveur évalue, pour chaque coefficient d'ondelette sélectionné, le produit d'un indicateur de capacité du terminal par la distance de l'observateur au sommet indexant le coefficient. Ce produit constitue un seuil, auquel le serveur compare l'amplitude du coefficient d'ondelette.
Un tel indicateur peut être une constante, fixée a priori, en fonction de la capacité de traitement du terminal de visualisation de l'observateur. Par exemple, une telle constante est déterminée, préalablement au début de la navigation, en fonction du type de processeur dont dispose le terminal de visualisation de l'observateur.
Un tel indicateur peut encore varier en cours de navigation, en fonction de la capacité de traitement courante du terminal de visualisation. On peut ainsi envisager de mettre en oeuvre, au début de la navigation, une étape d'adaptation de la valeur de l'indicateur en fonction du nombre d'images par seconde que l'on souhaite pouvoir visualiser sur le terminal. La valeur de l'indicateur peut ensuite être mise à jour, en cours de navigation, en fonction des ressources du terminal consommées par d'autres applications ou d'autres processus qu'il traite simultanément, de manière à maintenir la consigne relative au nombre d'images visualisées par seconde (en anglais "frame rate") fixée initialement.
Les informations relatives à la capacité de traitement du terminal de visualisation sont envoyées au serveur par le terminal de visualisation.
À l'issue de l'étape référencée 73, le serveur ne conserve (74) que les coefficients d'ondelettes dont l'amplitude est supérieure au seuil calculé, puis les transmet (75) au client, par l'intermédiaire du réseau de communication.
Selon une variante de réalisation, le serveur émet, préalablement à l'étape de transmission 75, une requête destinée à la mémoire cache du terminal du client, de manière à connaítre les coefficients d'ondelette qui s'y trouvent déjà, de façon à éviter tout transfert inutile de coefficients. Le terminal du client renvoie alors au serveur un tableau d'entiers à une colonne, précisant, pour chacune des faces du maillage, le nombre de coefficients d'ondelettes associés à cette face, présents dans la mémoire cache du terminal.
Les coefficients d'ondelettes peuvent être triés de manière efficace par le serveur ou par des moyens de tri extérieurs mis en oeuvre par un autre terminal avec lequel le serveur coopère, grâce à une organisation rationnelle d'une base de données regroupant l'ensemble des coefficients d'ondelettes. Par exemple, les moyens de tri (internes et/ou extérieurs au serveur) reposent sur une organisation par ordre croissant d'identification des facettes du maillage de base M0, et, pour chacune de ces facettes, par un tri en amplitude des coefficients d'ondelettes indexés par des sommets de la facette considérée.
De cette façon, lorsque le dispositif en charge du tri des coefficients a déterminé qu'une face F du maillage simple M0 est située dans la pyramide de vue de l'observateur (ou dans une pyramide plus large, dite d'anticipation), il lui suffit de parcourir la liste des coefficients d'ondelettes de la face F, jusqu'à ce qu'il atteigne un coefficient d'ondelette dont l'amplitude est inférieure au seuil calculé au cours de l'étape référencée 73.
On peut également envisager une variante de réalisation, selon laquelle le client ayant émis la requête 61 détermine lui-même les coefficients d'ondelettes qui lui sont nécessaires pour visualiser la scène ou l'objet 3D ayant fait l'objet de sa requête. Le client peut alors émettre une seconde requête à destination du serveur, pour demander l'envoi, à travers le réseau de communication, des coefficients d'ondelettes dont il a besoin.
ANNEXE
Une surface S dans l'espace peut être représentée comme l'image d'une fonction continue injective définie sur un polyèdre Mo de même type topologique et à valeurs dans R 3. On dit alors que la surface est paramétrée par le polyèdre, et l'on appelle paramétrisation la dite fonction. Cette fonction est un triplet de fonctions à valeurs dans R, qui peuvent chacune être développées dans une base de l'espace Co (Mo )des fonctions continues sur le polyèdre à valeurs dans R.
Dans le cas des surfaces maillées, on utilise cette technique pour obtenir une représentation compressée du maillage. En outre, l'utilisation d'ondelettes comme fonctions de base permet une représentation progressive, de la forme la plus grossière à la plus détaillée.
Ces fonctions ne sont pas des ondelettes au sens classique, mais satisfont des relations de raffinement généralisant le concept d'analyse multirésolution : notons Mo un polyèdre sur lequel est définie une paramétrisation d'une surface M. On considère le sous-espace So de C°(Mo ) engendré par les fonctions  o / i définies comme suit :  i est affine sur chaque facette, vaut 1 sur le i-ème sommet et 0 sur tous les autres.
On définit de la même façon les sous-espaces Sj engendrés par les fonctions  j / i définies de la même manière mais en remplaçant Mo par le maillage Mj obtenu en subdivisant canoniquement chaque facette de Mj -1. Les espaces Sj sont de dimension finie, emboítés, So étant le plus petit, et toute fonction continue de Mo dans R peut être approchée uniformément par une fonction d'un Sj pour j assez grand.
C'est cette inclusion qui permet le codage progressif : si on note Wj un supplémentaire de Sj dans Sj +1 et
Figure 00240001
(les ondelettes) une base de Wj l'ensemble
Figure 00240002
   forme une base de Co (Mo ). La fonction ρ paramétrant M s'écrit donc de manière unique
   où les Ci et les d j / i sont dans R 3, et sont appelés coefficients d'ondelettes.
En pratique, les ondelettes sont choisies de telle sorte que leur support permette une détermination des coefficients d'ondelettes en O(n), où n est le nombre de sommets du maillage M : pour k entier fixé, si on note Dk , i l'ensemble des indices des sommets d'un maillage Mj qui sont à moins de k arêtes de distance du sommet i, l'ondelette ψ j / i est donnée par
Figure 00250001
   de telle sorte que ψ j / i soit à support dans Dk +1, i .
Ainsi, lors de la reconstruction, l'influence d'un coefficient d'ondelette est limitée à un tel voisinage.

Claims (23)

  1. Procédé de codage d'un maillage source (M) représentatif d'un objet ou d'une scène en trois dimensions,
    mettant en oeuvre un maillage simple (M0) présentant un nombre réduit de facettes définies chacune par des sommets et des arêtes, et des coefficients dans une base d'ondelettes, correspondant à des modifications locales dudit maillage simple (M0), et permettant de déterminer à chaque instant une fonction de paramétrisation du maillage,
    caractérisé en ce qu'il comprend une étape de suppression de l'effet d'au moins un coefficient d'ondelette (d ; d1, ..., dn) s'il est associé à une facette dudit maillage simple (M0) n'appartenant pas à la partie visible dudit maillage source (M) et/ou si l'amplitude dudit coefficient est inférieure à un seuil, déterminé en fonction de la distance d'un observateur à un sommet indexant ledit coefficient,
    de façon à fournir un maillage partiel (M'), correspondant à une représentation partielle dudit maillage source (M).
  2. Procédé de codage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul dudit seuil, tenant compte de ladite distance et d'un indicateur de capacité d'un terminal de visualisation dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions.
  3. Procédé de codage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit indicateur de capacité est une constante dépendant de la capacité de traitement dudit terminal.
  4. Procédé de codage selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit indicateur de capacité varie en cours de visualisation dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions, en fonction de la capacité de traitement courante dudit terminal.
  5. Procédé de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'aplatissement du maillage, par ajout à ladite fonction de paramétrisation de l'opposé dudit ou desdits coefficients d'ondelette (d ; d1, ..., dn) à supprimer.
  6. Procédé de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit maillage partiel (M') correspond à un ensemble d'arbres, chacun desdits arbres représentant une face dudit maillage simple (M0) et comprenant un ensemble de noeuds représentant chacun une face d'un maillage affiné (Mj) de la face considérée dudit maillage simple (M0).
  7. Procédé de codage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de retrait d'au moins un coefficient d'ondelette (d ; d1, ..., dn) à supprimer, comprenant les étapes suivantes :
    prise en compte de l'opposé dudit ou desdits coefficients d'ondelette (d ; d1, ..., dn) ;
    prise en compte des modifications induites par l'étape précédente ;
    suppression des parties des arbres définissant ledit maillage partiel (M') et influencées uniquement par ledit ou lesdits coefficients d'ondelette (d ; d1, ..., dn).
  8. Procédé de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un jeu de pointeurs pointant respectivement sur tous les sommets dudit maillage partiel, de façon à atteindre directement un sommet indexant un coefficient d'ondelette à supprimer.
  9. Procédé de codage selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits pointeurs sont regroupés dans un tableau d'entiers (VPC).
  10. Procédé de codage selon l'un quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ladite étape de prise en compte des modifications met en oeuvre un algorithme récursif d'élagage.
  11. Structure de signal représentatif d'un maillage source (M) représentatif d'un objet ou d'une scène en trois dimensions, codé selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'elle comprend :
    un champ de base comprenant des données représentatives d'un maillage simple (M0) présentant un nombre réduit de facettes définies chacune par des sommets et des arêtes ;
    au moins un champ de raffinement comprenant des coefficients dans une base d'ondelettes, correspondant à des modifications locales dudit maillage simple (M0), et permettant de déterminer à
       chaque instant une fonction de paramétrisation du maillage ; ledit coefficient d'ondelette (d ; d1, ..., dn) dont l'effet a été supprimé selon la dernière étape du procédé de la revendication 1 n'étant pas pris en compte dans ledit signal.
  12. Dispositif de codage d'un maillage source (M) représentatif d'un objet ou d'une scène en trois dimensions,
    comprenant des moyens de détermination d'un maillage simple (M0) présentant un nombre réduit de facettes définies chacune par des sommets et des arêtes, et de coefficients dans une base d'ondelettes, correspondant à des modifications locales dudit maillage simple (M0), et permettant de déterminer à chaque instant une fonction de paramétrisation du maillage,
    caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de suppression de l'effet d'un coefficient d'ondelette (d ; d1, ..., dn) associé à une facette dudit maillage simple (M0) n'appartenant pas à la partie visible dudit maillage source (M) et /ou dont l'amplitude est inférieure à un seuil, déterminé en fonction de la distance d'un observateur à un sommet indexant ledit coefficient,
    de façon à fournir un maillage partiel (M'), correspondant à une représentation partielle dudit maillage source (M).
  13. Dispositif de codage selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul dudit seuil, mettant en oeuvre le produit de ladite distance par un indicateur de capacité d'un terminal de visualisation dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions.
  14. Dispositif de codage selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'il coopère avec des moyens de tri desdits coefficients d'ondelettes en fonction, d'une part, d'une facette dudit maillage simple à laquelle est associé chaque coefficient d'ondelette, et, d'autre part, de l'amplitude desdits coefficients d'ondelettes.
  15. Dispositif de codage selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il coopère avec des moyens de transmission de données vers au moins un terminal distant.
  16. Dispositif de codage selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il est intégré à un terminal permettant la visualisation dudit objet ou de ladite scène.
  17. Dispositif de décodage d'un maillage source (M) représentatif d'un objet ou d'une scène en trois dimensions,
    caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réception d'un signal ayant une structure selon la revendication 11, et des moyens de reconstruction d'une représentation dudit objet ou de ladite scène à partir dudit signal reçu.
  18. Dispositif de décodage selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transmission d'au moins une information de position vers un serveur et/ou un dispositif de codage distant.
  19. Dispositif de décodage selon la revendication 18, caractérisé en ce que ladite ou lesdites informations de position appartiennent au groupe comprenant :
    une position d'un observateur dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions ;
    une direction de vue d'un observateur dudit objet ou de ladite scène en trois dimensions.
  20. Système de codage/décodage d'un maillage représentatif d'un objet ou d'une scène en trois dimensions,
    caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de codage selon l'une quelconque des revendications 12 à 16 et au moins un dispositif de décodage selon l'une quelconque des revendications 17 à 19.
  21. Système de codage/décodage selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de transmission d'au moins une information relative à des coefficients d'ondelettes stockés dans une mémoire cache dudit dispositif de décodage, vers ledit dispositif de codage.
  22. Système de codage/décodage selon l'une quelconque des revendications 20 et 21, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de transmission, vers ledit dispositif de codage, d'au moins une information relative à la capacité de traitement dudit dispositif de décodage, de manière à déterminer un indicateur de capacité dudit dispositif de décodage.
  23. Application du procédé de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 à au moins un des domaines appartenant au groupe comprenant :
    affichage d'objets maillés en trois dimensions sur un écran ;
    affichage progressif d'objets maillés en trois dimensions sur un écran, lesdits coefficients d'ondelette étant pris en compte au fur et à mesure de leur arrivée ;
    affichage d'objets maillés en trois dimensions sur un écran à au moins deux niveaux de détail correspondant à un des maillages successifs (Mj) ;
    affichage d'objets maillés en trois dimensions sur un écran à au moins deux niveaux de détail correspondant à une reconstruction partielle dudit maillage source (M) avec un nombre restreint de coefficient d'ondelette ;
    transmission progressive par un réseau de communication d'objets maillés en trois dimensions ;
    transmission adaptative par un réseau de communication d'objets maillés en trois dimensions ;
    mise à jour adaptative d'objets maillés en trois dimensions à travers un réseau de communication depuis un serveur distant.
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